20世纪40年代，解决了高斯完整三角和的估计这一历史难题，得到了最佳误差阶估计；对G.H.哈代与J.E.李特尔伍德关于华林问题及E.赖特关于塔里问题的结果作了重大的改进，三角和研究成果被国际数学界称为“华氏定理”。
倡导应用数学与计算机的研制，曾出版《统筹方法平话》、《优选学》等多部著作并亲自在中国推广应用。在发展数学教育和科学普及方面做出了重要贡献。发表研究论文150多篇，并有多部专著和科普性著作。在代数方面，证明了历史长久遗留的一维射影几何的基本定理；给出了体的正规子体一定包含在它的中心之中这个结果的一个简单而直接的证明，被称为嘉当-布饶尔-华定理。
其专著《堆垒素数论》系统地总结、发展与改进了哈代与李特尔伍德圆法、维诺格拉多夫三角和估计方法及他本人的方法，发表40余年来其主要结果仍居世界领先地位，先后被译为俄、匈、日、德、英文出版，成为20世纪经典数论著作之一。
其专著《多复变典型域上的调和分析》以精密的分析和矩阵技巧，结合群表示论，具体给出了典型域的完整正交系，从而给出了柯西与泊松核的表达式，获中国自然科学奖一等奖。
与王元教授合作在近代数论方法应用研究方面获重要成果，被称为“华-王方法”。
他是当代自学成才的科学巨匠、蜚声中外的数学家；他写的课外读物曾是中学生们打开数学殿堂的神奇钥匙；在中国的广袤大地上，到处都留有他推广优选法与统筹法的艰辛足迹……
世界数学界评价
著名数学家劳埃尔·熊飞儿德说：“他的研究范围之广，堪称为世界上名列前茅的数学家之一。受到他直接影响的人也许比受历史上任何数学家直接影响的人都多”，“华罗庚的存在堪比任何一位大数学家卓越的价值。”
哈贝斯坦：“华罗庚是他这个时代的国际领袖数学家之一。”
克拉达：“华罗庚形成中国数学。”
美国数论学家莱麦尔说：“华罗庚有抓住别人最好的工作的不可思议的能力，并能准确地指出这些结果可以改进的方法。他有自己的技巧，他广泛阅读并掌握了20世纪数论的所有制高点，他的主要兴趣是改进整个领域，他试图推广他所遇到的每一个结果。”
丘成桐：“……先生起江南，读书清华。浮四海，从哈代，访俄师，游美国。创新求变，会意相得。堆垒素数，复变多元。雅篇艳什，迭互秀出。匹夫挽狂澜于即倒，成一家之言，卓尔出群，斯何人也，其先生乎……”
王元先生说，从数学领域来说，大致分为两个：一个是分析，一个是代数。绝大多数的数学家一般只在其中一个领域里做出贡献，比如我自己，就是在分析方面；但华罗庚却在两方面都有很大的贡献。另外一方面，数学又分成纯粹数学和应用数学，华罗庚也是同时在这两方面都有很大贡献。
吴耀祖：“华先生天赋丰厚，多才好学，学通中外，史汇古今，见识渊博，论著充栋。他的生平工作和贡献，比比显示于他经历步过的广泛数学领域中，皆于可深入处即深入探隽，可浅出的即浅明清澈，能推广的即面面推广，能抽象的即悠然抽象……”
“我没有元老他们这么幸运，能够成为华老的入室弟子”，在中国科学院院士、著名数学家杨乐看来，没有成为华老正式的徒弟是一生的遗憾，“但在数学研究的道路上，华老确实深深地影响着我”。
美国著名数学史家贝特曼著文称：“华罗庚是中国的爱因斯坦，够成为全世界所有著名科学院院士”。
被列为芝加哥科学技术博物馆中当今世界88位数学伟人之一。
被誉为“人民科学家”。